Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI Directeur de thèse : Philippe Dagaut Promoteur IFP : Xavier Montagne IFP / LCSR Aurélie Piperel Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Présentation du mode de combustion HCCI Fonctionnement Avantages et problématiques Objectifs de cette étude Études réalisées Protocole Résultats Conclusion Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Présentation du moteur HCCI HCCI : - Auto-allumage par compression - Injection directe et homogénéisation en cycle Diesel - Forte dilution et contrôle de la combustion par les gaz brûlés recyclés Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Problématique du moteur HCCI Avantages : faible émission de particules faible émission de NOx rendement proche du rendement d'un moteur Diesel conventionnel Contrôle de la combustion : par la technologie moteur (phasage et le séquençage de l'injection adaptés, bol et injecteur particuliers) par la recirculation des gaz brûlés (EGR) par une formulation de carburants adaptés (cf présentation de D. Alseda) Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Objectif de l'étude Situation actuelle : Utilisation de gaz brûlés mais la composition de ces gaz recirculés, avant leur réadmission, est actuellement inconnue Perspective : Contrôle de la combustion HCCI via une composition maîtrisée des gaz brûlés grâce à une meilleure compréhension de l'impact Étapes : Étude de l'évolution des gaz brûlés le long de la ligne EGR => composition différente des gaz d'échappement ? Étude de l'impact des points de fonctionnement moteur sur la composition Étude de l'impact des carburants sur la composition => création de cartographies de composition des gaz brûlés recyclés afin d'étudier ensuite individuellement l'impact de chaque espèce Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Études réalisées Essais sur un monocylindre HCCI dans un banc moteur de l'IFP Rueil Mise en place d'un protocole de prélèvement sur la ligne de recirculation des gaz Adaptation des systèmes de prélèvements pour prélever des gaz chauds et bruts Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Carburants, points moteur et polluants étudiés gazole (soufre<50ppm) 6 mélanges à base gazole avec des molécules modèles 4 richesses 0.5 < Φ < 0.8 2 régimes 1500tr/min 2000tr/min polluants réglementés mesurés HC imbrûlés totaux NOx CO CO2 / O2 polluants non réglementés mesurés spéciation HC du C1 au C9 aldéhydes/cétones HAP Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Analyse fine des gaz brûlés : Premiers résultats Analyse fine des gaz brûlés : Mêmes types de composés le long du circuit EGR Différences de composition selon le carburant utilisé Évolution des concentrations des gaz avec des diminutions des concentrations d'espèces au fil du circuit (encrassement) Création de profils d'évolution des polluants le long du circuit EGR Potentiel de contrôle via la recirculation des gaz brûlés Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Évolution des teneurs en HC imbrûlés totaux Diminution de la concentration des HC du fait du long parcours et des forts changements de T° => fort encrassement le long des parois du circuit Peu de variation après le passage des échangeurs Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Évolution de la teneur en NOX Augmentation de la concentration en NOX le long du "parcours" Mise en valeur du phénomène de dilution au niveau du point D (trop proche du collecteur => back-flow) Profil des NOX complémentaire de celui des HC imbrûlés NB : les relevés en ppm des NOx étaient souvent inférieurs à 10ppm, valeur de seuil Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Évolution de la teneur en CO Pas d'évolution de la teneur en CO le long du "parcours" Variation entre la concentration du CO à l'échappement et dans les gaz recyclés faible < 5% => possible oxydation du CO en CO2 à l'échappement (baisse du CO2 visible à l'échappement par rapport aux gaz recyclés) Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Évolution des teneurs en aldéhydes/cétones 22 espèces détectées Effet de dilution au point D (trop proche du collecteur => back-flow) Diminution de la concentration en formaldéhyde du fait de sa forte réactivité avec les espèces présentes et polymérisation possible Peu de variation des aldéhydes plus lourds Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Évolution des teneurs en HAP Diminution de la concentration en HAP car ils se condensent le long de la ligne EGR Augmentation de la concentration au niveau du point C, du fait de la condensation de l'eau au niveau des échangeurs (placés entre B et C), ce qui augmente la concentration relative des HAP présents Effet de dilution au niveau du point D D'autres HAP ont été détectés mais sont en teneur encore plus faibles (< 0.001 ppmV) Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

Conclusion des expériences Développement d'une technique de prélèvement in situ des gaz brûlés au sein du circuit EGR Mise en valeur de la différence de composition des gaz brûlés entre l'échappement et la ligne d'EGR Connaissance précise de la composition de ces gaz brûlés avant leur réadmission Perspectives : Étude de l'impact de la température des gaz sur la composition des gaz recyclés Étude de l'influence individuelle de certaines espèces majoritaires sur la combustion Contrôle de la combustion par des gaz recyclés de composition maîtrisée Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI

MERCI DE VOTRE ATTENTION Journée des doctorants en combustion - 7/12/06 Aurélie Piperel – Évolution de la composition des gaz brûlés dans le circuit EGR d'un moteur HCCI